(57)【要約】【課題】  保持器の、遊星ギアや遊星ローラの内周面等に対する案内面のすべり摩擦抵抗を小さくして、摩耗を減少させ、早期の焼付きを防止する。【解決手段】  ころ軸受６用の保持器７において、鋼材からなる母材７ａの少なくとも案内面の側に、浸炭等の熱硬化処理による硬化層７ｃが形成される。硬化層７ｃの表面は、酸化物層が存在しないよう清浄化される。この清浄化された表面上にＤＬＣ膜９等の高硬度の硬質膜がコーティングされ、さらに、硬質膜の表面に、Ａｇ膜１０等の固体潤滑効果を有する軟質膜がコーティングされる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材表面に熱硬化処理による硬化層が形成され、硬化層の表面は酸化物層が除去されており、硬化層の表面に、硬化層より高硬度の硬質膜がコーティングされ、硬質膜の表面に、固体潤滑効果を有する軟質膜がコーティングされている、ことを特徴とするころ軸受用保持器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ころ軸受用保持器に係り、詳しくは、遊星ギアもしくは遊星ローラを備えた遊星式動力伝達装置において、遊星ギアもしくは遊星ローラとその支持ピンとの間に介装されるころ軸受の保持器に関する。
【背景技術】
【０００２】
減速や変速に使用されている遊星式動力伝達装置、例えば遊星ギア式のものは、遊星ギアを、支持ピンを介してキャリアに設けた構造で、動作時、遊星ギアは、支持ピンの周りを自転しながら、中心側にある太陽ギアの周りを公転するようになっている（特許文献１参照）。遊星ギアとその支持ピンとの間には、通常、ころ軸受が介装されている
【特許文献１】特開２０００−１３４８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記遊星式動力伝達装置では、公転する遊星ギアに大きな遠心力が作用する。そのため、遊星ギアとその支持ピンとの間に介装されているころ軸受は、潤滑油が流失し、貧潤滑もしくは無潤滑になりやすい。
【０００４】
このような潤滑状態のもとで、ころ軸受の保持器は、同じく遠心力により、遊星ギアの内周面の側に変位させられて摺接することになるので、摩耗が生じ、早期に焼付きが発生するおそれがある。
【０００５】
一方、一般の高速回転用の転がり軸受では、耐摩耗性、耐焼付き性を高めるために、軌道輪や転動体の表面にＤＬＣ膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）のような硬質膜を形成することが提案されており、保持器についても、その表面に同様の硬質膜を形成することが考えられている。
【０００６】
ＤＬＣ膜は、その表面がダイヤモンドに準ずる硬さを有するので、耐摩耗性に優れ、摩擦抵抗も二硫化モリブデンやフッ素樹脂と同じように小さく、従来から潤滑性材料として使用されている。
【０００７】
しかし、保持器の表面は一般に粗面で、単に硬質膜を形成しただけでは、剥離が生じやすく、所要の耐摩耗性や耐焼付き性が得られないばかりか、相手部材の表面を損傷する攻撃性が増す、という問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、母材表面に熱硬化処理による硬化層が形成され、硬化層の表面は酸化物層が除去されており、硬化層の表面に、硬化層より高硬度の硬質膜がコーティングされ、硬質膜の表面には、固体潤滑効果を有する軟質膜がコーティングされていることを特徴とするものである。
【０００９】
前記硬質膜には、ＤＬＣ膜のほか、ＣｒＮ膜、Ｃｒ２Ｎ膜等のクロム系の薄膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＣ膜、ＴｉＣＮ膜等のチタン系の薄膜等が含まれる。
【００１０】
前記軟質膜は、例えば、軟質金属系の固体潤滑剤であるＡｇのような、固体潤滑効果を有する材料で構成される。軟質膜を構成する固体潤滑剤には、Ａｇ（銀）以外に、（１）金、鉛、すず、インジウム等の軟質金属、（２）黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の層状構造体、（３）４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミド、ポリアセタール、ポリイミド等のプラスチック等がある。
【００１１】
上記構成によれば、使用の初期段階では、軟質膜の表面が案内面として、遊星ギア等の外輪部材の内周面、もしくは支持ピン等の内輪部材の外周面に接することになるので、軟質膜が潤滑剤として作用し、案内面のすべり摩擦抵抗が大幅に減少し、遠心力等により相手面に強く摺接させられることがあっても、摩耗が少なく、早期に焼付きを起こすことがなく、また、相手部材に損傷を与えることがない。
【００１２】
この場合、軟質膜は、特に使用初期のなじみの段階で、ＤＬＣ膜のような硬質膜を保護し、高硬度で内部圧縮応力が大きい硬質膜が、摺接等の繰り返しにより母材から剥離するのを防止する。
【００１３】
軟質膜が長期の使用により摩滅したのちは、硬質膜の表面が、相手面に対する案内面となって、低い摩擦係数で相手面に接触することになり、摩耗、焼付きを防止する。このように、軟質膜は、特に使用初期のなじみの段階で、耐摩耗性に優れるが、潤滑性に乏しい硬質膜を保護する作用があり、長期にわたって母材の摩耗、焼付きを防止することができ、保持器の長寿命化を図ることができる。
【００１４】
また、本発明の保持器では、熱硬化処理により硬化層を形成するのに伴い、通常、硬化層の表面に生成される酸化物層は除去され、硬化層の清浄な表面に硬質膜がコーティングされるから、母材と硬質膜との密着性が良好で、この点からも硬質膜の剥離が生じにくい。
【００１５】
本発明の特徴として、硬化層の表面を研磨加工等により平滑化しておく必要がないことが挙げられる。通常、硬質膜の下地が粗面であると、その影響を受けて硬質膜の表面も粗面になる。粗面である硬質膜は、相手部材に対する攻撃性が高く、相手部材の早期摩耗の原因となる。したがって、通常は硬化層を平滑化し、硬質膜の表面粗さを十点平均粗さでＲz１．０以下とする必要がある。
【００１６】
本発明では、軟質膜が、硬質膜の相手部材に対する攻撃性を下げる働きをするので、硬質膜の表面粗さを前記の値で管理する必要がなくなる。具体的には、硬質膜の表面粗さを十点平均粗さでＲz４．２以下としておけば充分である。
【００１７】
もちろん、故意に硬質膜の表面粗さを悪くしておく必要があるわけではなく、通常のように硬質膜の表面粗さが良い場合にも、本発明は効果がある。
【００１８】
本発明の好ましい実施態様として、硬質膜の膜厚は２μｍ以上、３μｍ以下であればよい。この程度の膜厚であれば、コーティングのコストが低く抑えられるほか、硬質膜の下地である硬化層の表面状態の影響が、硬質膜の表側にほとんど現れず、硬質膜の表面を平滑にして、摩擦抵抗を極めて小さくすることができる。
【００１９】
本発明の他の好ましい実施態様として、硬化層の清浄化された表面の酸素濃度は、２ｐｐｍ以下であればよい。この酸素濃度であれば、母材と硬質膜との密着性が阻害されることがない。
【００２０】
軟質膜のコーティング方法や膜厚等は特に限定しないが、この軟質膜が使用、摺接により漸次摩滅していくことを考慮し、耐用時間に対応して膜厚が決定される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、硬質膜に剥離が生じにくく、初期段階では軟質膜が、その後は硬質膜が潤滑の作用をし、長期にわたって、焼付きが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１ないし図４を参照して、本発明の最良の実施形態を説明する。図１は、本発明のころ軸受の保持器を含む遊星式動力伝達装置の正面図、図２は、図１の装置の縦断側面図、図３は、本発明のころ軸受の保持器の半部の断面図で、保持器の表面部の拡大断面形状を併せて示している。図４は、図３の保持器の製造過程を示すための表面部の拡大断面図である。
【００２３】
図１および図２において、本実施形態の遊星式動力伝達装置は、ギア型で、太陽ギア１と、この太陽ギア１の外周側に間隔をおいて配置されたリングギア２と、太陽ギア１とリングギア２との間にこれら両ギア１，２と噛み合う状態で設けられた複数（図示例では４つ）の遊星ギア３と、太陽ギア１の軸方向一方側に同軸に配置されたキャリア４とを備えており、各遊星ギア３は、キャリア４に突設された支持ピン５に回転自在に支持されている。遊星ギア３の内周面と、支持ピン５の外周面との間に、本発明の保持器７ところ８とからなるころ軸受６が介装されている。
【００２４】
図３では、本発明のころ軸受６の保持器７として、プレスと溶接とにより造られる門型の保持器を示している。この保持器７は、ころ８を収容するポケット７１を、円周方向に沿って複数有しており、内周の軸方向中間個所に凹部７２が形成されている。各ポケット７１の軸方向中間個所には、円周方向外側への広がり凹部７３がある。円周方向に隣り合うポケット符号７１，７１の間には柱部７４があり、各柱部７４は、軸方向両側にある環状部７５に連続している。
【００２５】
保持器７は、鋼材を母材７ａとするもので、その表面部のうち、少なくとも案内面となる外周面７ｂの側には、図３のＡ部分に拡大して示すように、熱硬化処理による硬化層７ｃが形成されており、この硬化層７ｃの表面に、硬化層７ｃより高硬度で硬化層７ｃに比べ薄膜の硬質膜として、ＤＬＣ膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）９がコーティングされ、このＤＬＣ膜９の表面上に、軟質膜としてＡｇ膜１０がコーティングされている。
【００２６】
その詳細を、図３と、図４の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）とを参照して、製造過程の順に説明すると、保持器７の母材７ａには、主としてＳＰＣＤのような炭素鋼、もしくはＳＣＭ４１５のような浸炭鋼が採用される。もみ抜き型の保持器では、ＳＵＪ２のような軸受鋼を用いてもよい。
【００２７】
母材７ａは、プレスと溶接とにより、所定の円筒形状に成形されて、表面は研磨される。この母材７ａの外周の表面部には、浸炭焼入焼戻しにより硬化層７ｃが形成されて、表面の硬さがＨＶ４５０以上とされる。最大ＨＶ５８０の硬さがあればよい。硬化層７ｃの深さは０．１ｍｍ以上とするが、もちろん母材７ａの芯部には、硬化されない部分を残す必要があり、最大０．２ｍｍの硬化深さがあればよい。
【００２８】
硬化層７ｃの形成には、前記のほか、浸炭窒化、窒化等、他の熱硬化処理を用いてもよい。
【００２９】
ところで、熱硬化処理により硬化層７ｃを形成すると、硬化層７ｃの表面には、通常、図４の（Ａ）に示すように、変質層として酸化物層１１ができる。このような層１１が残存していると、その表面上に成膜した場合、剥離しやすい等の問題が生じる。
【００３０】
そこで、本実施形態では、硬化層７ｃを形成した後に、ショットブラスト、サンドブラスト等の機械的清浄法、もしくはエッチング等の化学的清浄法により、酸化物層１１を除去し、図４の（Ｂ）に示すように、硬化層７ｃの表面（母材７ａの外周面７ｂでもある）に酸化物が存在しない状態に清浄化する。除去の結果として、硬化層７ｃの表面部での酸素濃度が２ｐｐｍ以下になっていればよい。
【００３１】
酸化物が除去された硬化層７ｃの表面７ｂの表面粗さは、十点平均粗さＲｚ４．２以下である。
【００３２】
硬化層７ｃの表面７ｂに対しては、図4の（Ｄ）に示すように、硬質膜としてＤＬＣ膜９が被覆形成される。このＤＬＣ膜９の膜厚は、下地である硬化層７ｃの表面粗さ（Ｒｚ４．２以下）に対応して、２〜３μｍに設定されている。
【００３３】
ＤＬＣ膜９は、例えば、スパッタリングによりコーティングされる。このほか、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム形成法、イオン化蒸着法等、他の方法によりコーティングしてもよく、コーティング方法は特に問わない。コーティング時の温度は、できれば２００℃以下、高くとも、浸炭処理の焼戻し温度より低い温度に設定されている必要がある。これは、ＤＬＣ膜９のコーティング時の熱で、硬化層７ｃに硬度低下等の変質現象が起こらないようにするためである。
【００３４】
硬質膜としては、ＤＬＣ膜９のほかに、ＣｒＮ膜等のクロム系の薄膜や、ＴｉＮ膜、ＴｉＣ膜等のチタン系の薄膜等がある。これらの膜のコーティング方法も特に限定しない。その膜厚、表面粗さは、ＤＬＣ膜９と同様の値にすることが望ましい。また、コーティング時の温度は、できれば２００℃以下、高くとも浸炭処理の焼戻し温度より低い温度にする必要がある。
【００３５】
ＤＬＣ膜９の表面には、さらに、軟質膜としてＡｇ膜１０が被覆形成され、これで図３のＡ部分に既に示したような表面部構造の保持器７が得られる。このＡｇ膜１０のコーティング方法は、特に限定しないが、コーティング時の温度は、できれば２００℃以下、高くとも３００℃より低い温度にすることが望ましい。膜厚については、Ａｇ膜１０が使用、摺接により漸次摩滅していくことを考慮すると、耐用時間に対応して膜厚を決定する必要がある。
【００３６】
軟質膜１０は、Ａｇ（銀）以外の固体潤滑剤で構成してもよい。軟質膜を構成する固体潤滑剤としては、銀のほかに、（１）金、鉛、すず、インジウム等の軟質金属、（２）黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の層状構造体、（３）４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミド、ポリアセタール、ポリイミド等のプラスチック等がある。
【００３７】
上記構成によれば、使用の初期段階では、Ａｇ膜１０の表面が案内面として、遊星ギア３等の外輪部材の内周面、もしくは支持ピン５等の内輪部材の外周面に接し、このＡｇ膜１０の潤滑作用により、すべり摩擦抵抗が大幅に減少し、遠心力等により相手面に強く摺接させられることがあっても、摩耗が少なく、早期に焼付きを起こすことがなく、また、相手部材に損傷を与えることがない。
【００３８】
この場合、Ａｇ膜１０はＤＬＣ膜９を保護し、高硬度で内部圧縮応力が大きいＤＬＣ膜９が、摺接等の繰り返しにより母材７ａから剥離するのを防止する。
【００３９】
Ａｇ膜１０が長期の使用により摩耗し消耗したのちは、ＤＬＣ膜９の表面が、相手面に対する案内面となって、低い摩擦係数で相手面に接触することになり、摩耗、焼付きを防止する。
【００４０】
このように、Ａｇ膜１０には、特に使用初期のなじみ段階で、ＤＬＣ膜９を保護する作用があるので、ＤＬＣ膜９の剥離に起因する母材７ａの早期の摩耗、焼付きを防止し、保持器７の長寿命化を図ることができる。
【００４１】
また、本発明の保持器７では、熱硬化処理により硬化層７ｃを形成するのに伴い、通常、硬化層７ｃの表面に生成される酸化物層１１は除去され、硬化層７ｃの清浄な表面にＤＬＣ膜９がコーティングされるから、母材７ａとＤＬＣ膜９との密着性が良好で、この点からもＤＬＣ膜９の剥離が生じにくい。
【００４２】
上記実施形態では、保持器７を外輪案内型として、その案内面となる外周面７ｂの側に、硬化層７ｃと、ＤＬＣ膜９等の硬質膜と、Ａｇ膜１０等の軟質膜とを形成するようにしたが、硬化層７ｃと硬質膜と軟質膜とは、母材７ａの内周面の側に形成してもよく、また、外周面７ｂの側と内周面の側とにそれぞれ形成してもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、プレスと溶接による造られる門型の保持器７を示したが、本発明は、他のタイプの保持器、例えば、もみ抜きにより造られるＭ型の保持器等にも適用可能である。
【００４４】
母材７ａの硬化層７ｃの表面７ｂには、ＤＬＣ膜９等の硬質膜を直接被覆形成するほか、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ等の金属を主成分とする中間層を設けて、その外側に、ＤＬＣ膜９等の硬質膜を被覆形成してもよい。中間層の金属成分は、母材７ａの鋼材に含まれる金属であることが望ましい。このような中間層があると、硬質膜の剥離が防止されるだけでなく、内部応力の緩和を図ることができる。
【００４５】
本発明の保持器７を有するころ軸受６は、遊星ギア３に限らず、遊星ローラとその支持ピンとの間に介装してもよく、また、一般に、ケージアンドローラ型のころ軸受が設けられる個所に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のころ軸受の保持器を含む遊星式動力伝達装置の正面図。
【図２】図１の装置の縦断側面図。
【図３】本発明のころ軸受の保持器の半部の断面図で、保持器の表面部の拡大断面形状を併せて示している。
【図４】図３の保持器の製造過程を示すための表面部の拡大断面図。
【符号の説明】
【００４７】
３    遊星ギア
５    キャリア
６    ころ軸受
７    保持器
７ａ  母材
７ｂ  外周面
７ｃ  硬化層
８    ころ
９    ＤＬＣ膜（硬質膜）
１０    Ａｇ膜（軟質膜）
【図１】
2005147306.tif 000003
【図２】
2005147306.tif 000004
【図３】
2005147306.tif 000005
【図４】
2005147306.tif 000006